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哈工大:具有良好控制排列的氧化石墨烯复合材料的3D打印

躯壳
2020-09-14 14:43:51

石墨烯作为一种超各向异性材料,在其平面方向具有前所未有的强度、杨氏模量和电/热导率,而在垂直方向上却极为薄弱。为了充分利用石墨烯的优势,它在三维聚合物基结构中的排列是极其重要的,但仍然是一项艰巨的任务。

本文,哈尔滨工业大学钟晶课题组在《Carbon》期刊发表名为“3D Printing of Graphene Oxide Composites with Well Controlled Alignment”的论文,研究报告了在不对GO进行任何修改的情况下大规模对准氧化石墨烯(GO)的通用方法。该方法包括将GO纳米片与聚合物(用于演示的聚乳酸(PLA))薄膜层压在一起,进行滚动,然后通过灯丝熔融沉积技术进行3D打印。在印刷灯丝,GO纳米片在灯丝轴向对准,在此基础上GO取向可以容易地控制经由丝熔合沉积的路径。我们显示,PLA / GO涡旋纤维和石墨烯含量为0.4 wt%的印花纤维表现出出色的机械性能,强度分别增加了约32.7%和35.2%,这显着高于具有随机石墨烯分布的类似纳米复合材料,表明聚合物得到了大大改善加固效率。所提出的带有3D打印框架的滚动纤维可以广泛地应用于各种2D材料和结构复合材料。

图1。具有高度对齐的GO的3D打印过程卷轴光纤的示意图

 图2。滚动纤维在3D打印之前和之后的微观结构研究

图3。PLA / GO滚动纤维和3D打印纤维的表征。

 图4。(a和b)分别在N 2气氛下,PLA涡旋纤维和PLA / GO涡旋纤维的TG和DSC曲线比较。(c)PLA / GO滚动纤维和3D打印纤维的XRD图样研究。

 图5。PLA / GO涡旋纤维的机械表征。

图6。3D打印的PLA / GO滚动纤维的机械特性


小结
总之,开发了一种简便且通用的3D打印横向剪切滚动纤维策略,用于制造具有高度对齐的2D纳米材料的分层结构复合材料,该材料具有出色的机械性能和各向异性。这项工作为准备将二维材料按所需方向对齐的复杂结构打开了一扇门,可以大大提高打印结构的机械性能。

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